(57)【要約】【課題】水力発電装置を小型化する。【解決手段】水力発電装置は、外周にらせん翼３０が設けられた中空軸３２と、発電機４０と、変速機５０とを備える。中空軸３２は、らせん翼３０に向かう水流によって回転するように、固定軸２０により回転可能に支持される。発電機４０は、中空軸３２の内部に設けられる。変速機５０は、中空軸３２の内部において、中空軸３２の上流側端部と発電機４０との間に設けられ、中空軸３２からの駆動力を発電機４０のロータ４２に伝達する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周にらせん翼が設けられ、前記らせん翼に向かう水流によって回転する中空軸と、
前記中空軸の内部に設けられた発電機と、
前記中空軸の内部において、前記中空軸の上流側端部と前記発電機との間に設けられ、前記中空軸からの駆動力を前記発電機に伝達する伝達部材とを備える、水力発電装置。
【請求項２】
回転不能に固定され、前記中空軸を軸方向に貫通する固定軸をさらに備え、
前記発電機は、
前記伝達部材に連結されたロータと、
前記固定軸に固定されたステータとを含む、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記伝達部材は、変速機である、請求項１または２に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記変速機の変速比は、１よりも小さい、請求項３に記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記変速機は、遊星歯車を含む、請求項３または４に記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記変速機は、複数の遊星歯車を含む、請求項５に記載の水力発電装置。
【請求項７】
前記変速機は、トラクションドライブを含む、請求項３または４に記載の水力発電装置。
【請求項８】
前記変速機は、複数のトラクションドライブを含む、請求項７に記載の水力発電装置。
【請求項９】
前記中空軸の上流側端部の外径よりも広い範囲で前記中空軸の上流側端部を封止する第１の封止部材と、
前記中空軸の下流側端部の外径よりも狭い範囲で前記中空軸の下流側端部を封止する第２の封止部材とをさらに備える、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１０】
回転不能に固定され、前記中空軸を軸方向に貫通する固定軸と、
前記中空軸の上流側端部において、前記固定軸と前記中空軸との間に設けられたオイルシールと、
前記中空軸の下流側端部において、前記固定軸と前記中空軸との間に設けられた接触シール付軸受とをさらに備える、請求項１または９に記載の水力発電装置。
【請求項１１】
前記中空軸よりも上流に設けられ、前記中空軸の軸心よりも下方の部位のみに取水口が設けられる枠部材をさらに備える、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１２】
前記らせん翼よりも径方向において外側に設けられた円筒状の壁部をさらに備える、請求項１１に記載の水力発電装置。
【請求項１３】
前記壁部は、前記らせん翼と一体的に形成される、請求項１２に記載の水力発電装置。
【請求項１４】
前記取水口の面積以上の面積を有する排水口が設けられた下流側枠部材をさらに備える、請求項１１〜１３のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項１５】
前記取水口の下端は解放される、請求項１１〜１４のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項１６】
前記中空軸の軸方向における端面を封止する蓋部材と、
前記端面と蓋部材との間に設けられたＯリングとをさらに備える、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項１７】
前記中空軸と前記蓋部材とは、前記端面に設けられたネジ穴に挿入されるボルトによって連結され、
前記ネジ穴は、前記中空軸の軸方向における端部を貫通せず、前記Ｏリングよりも径方向において外側に設けられる、請求項１６に記載の水力発電装置。
【請求項１８】
前記中空軸と前記蓋部材とは、前記端面に設けられたネジ穴に挿入されるボルトによって連結され、
前記ネジ穴は、前記中空軸の軸方向における端部を貫通し、前記Ｏリングよりも径方向において内側に設けられ、
前記蓋部材と前記ボルトとの間にシールワッシャが挟み込まれる、請求項１６に記載の水力発電装置。
【請求項１９】
前記中空軸の軸方向における端面において、前記中空軸を回転可能に支持する蓋部材をさらに備える、請求項１に記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置に関し、特に、らせん翼が設けられた水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、大規模なダムを建設して数ＭＷ〜数千ＭＷの大電力を発生させる水力発電が知られている。このような大規模な水力発電以外にも、比較的小落差あるいは小水量の水流を利用して１００ｋＷ以下の発電を行なう小水力発電がある。小水力発電用の水車には、大型の水力発電と同様のペルトン水車、フランシス水車またはカプラン水車を小型化した水車が用いられる。その他、中規模以下の水力発電に適したクロスフロー水車またはバルブ水車などが用いられる。これらの水車を用いた水力発電では、閉鎖された水路を設けて水流を水車に導く必要がある。
【０００３】
一方、発電規模はさらに小さくなるが、農業用水路のような開水路に設置するタイプの水車として上掛け水車、下掛け水車、らせん水車などがある。特に下掛け水車とらせん水車を用いれば、１ｍ前後、あるいは１ｍ以下の低落差で発電が可能となる。
【０００４】
特開２００９−２２１８８２号公報（特許文献１）、特開２００７−１５４８６２号公報（特許文献２）、特開昭６３−５７８７４号公報（特許文献３）、大正１４年実用新案出願公告第９３５６号公報（特許文献４）は、らせん水車に関する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２１８８２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５４８６２号公報
【特許文献３】特開昭６３−５７８７４号公報
【特許文献４】大正１４年実用新案出願公告第９３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、特開２００９−２２１８８２号公報の図１に示されるように、らせん水車を用いた水力発電装置は、発電機と、らせん水車からの駆動力を発電機に伝達するためのシャフトおよび増速機とを備える。したがって、水力発電装置を設置する際には、らせん水車を設置する場所に加えて、発電機、シャフトおよび増速機を設置する場所を確保する必要がある。特に通常の発電機や増速機は水没を想定した設計とはなっていないため水面より上方に設置する必要があり、水車本体とこれらの機器を連結するシャフトは十分に長くなければならない。しかしながら、らせん水車を用いた水力発電装置は、農業用水路のような狭い空間に設置することが想定されているため、水力発電装置を小さく構成することが望ましい。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、水力発電装置を小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施例において、水力発電装置は、外周にらせん翼が設けられ、らせん翼に向かう水流によって回転する中空軸と、中空軸の内部に設けられた発電機と、中空軸の内部において、中空軸の上流側端部と発電機との間に設けられ、中空軸からの駆動力を発電機に伝達する伝達部材とを備える。
【０００９】
この構成によると、発電機と伝達部材とが中空軸内に収められている。そのため、水力発電装置の大きさを、中空軸の大きさと同等にできる。その結果、水力発電装置を小型化できる。
【００１０】
別の実施例において、水力発電装置は、回転不能に固定され、中空軸を軸方向に貫通する固定軸をさらに備える。発電機は、伝達部材に連結されたロータと、固定軸に固定されたステータとを含む。
【００１１】
この構成によると、中空軸を支持する軸と、発電機を支持する軸とに共通の固定軸が用いられる。これにより、水力発電装置の構成を簡素化できる。
【００１２】
さらに別の実施例において、伝達部材は、変速機である。
この構成によると、変速機により、中空軸の回転速度を所望の速度に変えて、発電機に伝達できる。
【００１３】
さらに別の実施例において、変速機の変速比は、１よりも小さい。
この構成によると、中空軸の回転速度を増速して発電機に伝達できる。
【００１４】
さらに別の実施例において、変速機は、遊星歯車を含む。
この構成によると、遊星歯車を用いることにより、変速機の軸心と、中空軸の軸心とを同じにできる。そのため、水力発電装置を小型化できる。
【００１５】
さらに別の実施例において、変速機は、複数の遊星歯車を含む。
この構成によると、複数の遊星歯車を用いることにより、中空軸の回転速度を大きく増速あるいは減速して、発電装置に伝達できる。
【００１６】
さらに別の実施例において、変速機は、トラクションドライブを含む。
この構成によると、滑らかな回転を特徴とするトラクションドライブを用いることにより、回転振動を低減できる。
【００１７】
さらに別の実施例において、変速機は、複数のトラクションドライブを含む。
この構成によると、複数のトラクションドライブを用いることにより、中空軸の回転速度を大きく増速あるいは減速して、発電装置に伝達できる。
【００１８】
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸の上流側端部の外径よりも広い範囲で中空軸の上流側端部を封止する第１の封止部材と、中空軸の下流側端部の外径よりも狭い範囲で中空軸の下流側端部を封止する第２の封止部材とをさらに備える。
【００１９】
この構成によると、上流側端部では第１の封止部材により中空軸を覆い、下流側端部では中空軸により第２の封止部材を覆うことで、中空軸内部へ水が浸入し難くできる。
【００２０】
さらに別の実施例において、水力発電装置は、回転不能に固定され、中空軸を軸方向に貫通する固定軸と、中空軸の上流側端部において、固定軸と中空軸との間に設けられたオイルシールと、中空軸の下流側端部において、固定軸と中空軸との間に設けられた接触シール付軸受とをさらに備える。
【００２１】
この構成によると、発電機および伝達部材に近い上流側端部では、発電機および伝達部材付近への水の浸入をオイルシールによって防ぐことができる。発電機および伝達部材から遠い下流側端部では、接触シール付軸受によってある程度の水の浸入を防ぎつつも、防水性を落とすことによって摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００２２】
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸よりも上流に設けられ、中空軸の軸心よりも下方の部位のみに取水口が設けられる枠部材をさらに備える。
【００２３】
この構成によると、下側のらせん翼に向かう水量を、上側のらせん翼に向かう水量よりも多くできる。そのため、上側のらせん翼に向かう水による回転抵抗を低減できる。そのため、水力発電装置の発電効率を向上できる。
【００２４】
さらに別の実施例において、水力発電装置は、らせん翼よりも径方向において外側に設けられた円筒状の壁部をさらに備える。
【００２５】
この構成によると、径方向において外側からの水の浸入を円筒状の壁部によって防ぐことができる。よって、らせん翼と中空軸とから構成される水車の回転抵抗の増加を抑制できる。よって、水力発電装置の発電効率を向上できる。
【００２６】
さらに別の実施例において、壁部は、らせん翼と一体的に形成される。
この構成によると、らせん翼と壁部との間に隙間を生じさせないようにできる。そのため、水の流出を防ぐことができる。よって、らせん翼と中空軸とから構成される水車を回転させるのに用いられる水の量の低下を抑制できる。よって、水力発電装置の発電効率を向上できる。
【００２７】
さらに別の実施例において、水力発電装置は、取水口の面積以上の面積を有する排水口が設けられた下流側枠部材をさらに備える。
【００２８】
この構成によると、排水口の面積は取水口の面積以上であるため、らせん翼に向かって流れた水がらせん翼周りに滞留せずに下流に向かって流れることができる。そのため、らせん翼と中空軸とから構成される水車の回転抵抗の増加を抑制できる。よって、水力発電装置の発電効率を向上できる。
【００２９】
さらに別の実施例において、取水口の下端は解放される。
この構成によると、取水口にごみなどが堆積することを防ぐことができる。
【００３０】
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸の軸方向における端面を封止する蓋部材と、端面と蓋部材との間に設けられたＯリングとをさらに備える。
【００３１】
この構成によると、水の浸入を防止するためのＯリングが中空部材の軸方向における端面に設けられる。そのため、Ｏリングを中空軸の外周面あるいは内周面に沿って移動させずに、Ｏリングを配置することができる。よって、作業性を良くすることができる。
【００３２】
さらに別の実施例において、中空軸と蓋部材とは、端面に設けられたネジ穴に挿入されるボルトによって連結される。ネジ穴は、中空部材の軸方向における端部を貫通せず、Ｏリングよりも径方向において外側に設けられる。
【００３３】
この構成によると、ネジ穴は中空軸の端面を貫通していないため、ネジ穴からの水の浸入を防止することができる。
【００３４】
さらに別の実施例において、中空軸と蓋部材とは、端面に設けられたネジ穴に挿入されるボルトによって連結される。ネジ穴は、中空部材の軸方向における端部を貫通し、Ｏリングよりも径方向において内側に設けられる。蓋部材とボルトとの間には、シールワッシャが挟み込まれる。
【００３５】
この構成によると、中空部材の軸方向における端部が薄いなどの理由から、端部をネジ穴が貫通せざるを得なくても、ネジ穴からの水の浸入を、Ｏリングとシールワッシャとにより防ぐことができる。
【００３６】
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸の軸方向における端面において、中空軸を回転可能に支持する蓋部材をさらに備える。
【００３７】
この構成によると、中空軸を外側から支持するので、中空軸の端面に開口を設けないようにできる。そのため、防水性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】水力発電装置の概略構成図である。
【図２】らせん水車の断面図を示す図である。
【図３】変速機のスケルトン図である。
【図４】水力発電装置の変形例１を示す図である。
【図５】水力発電装置の変形例２を示す図である。
【図６】変形例３の水力発電装置を示す図である。
【図７】変形例３の水力発電装置の上流側の側面を示す図である。
【図８】変形例３の水力発電装置の下流側の側面を示す図である。
【図９】一体的に形成されたらせん水車と樋を示す図である。
【図１０】変形例４の水力発電装置の上流側の端部を示す図（その１）である。
【図１１】変形例４の水力発電装置の上流側の端部を示す図（その２）である。
【図１２】変形例４の水力発電装置の上流側の端部を示す図（その３）である。
【図１３】変形例４の水力発電装置の下流側の端部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００４０】
図１を参照して、水力発電装置１０は、らせん水車１２と、らせん水車を囲うフレーム１４とを備える。らせん水車１２は、フレーム１４内で回転する。らせん水車１２の回転によって得られた電力は、導線１６を介して例えばインバータ１８に伝えられる。インバータ１８は、電流を整流し、照明等の電気機器に電力を供給する。
【００４１】
らせん水車１２は、２０〜３０度程度の適度な傾斜を有する開放水路に設置される。らせん水車１２は、軸心程度まで水没するように設置される。水面が中空軸３２の上端より高い位置にある場合、水面が軸を乗り越えるために抵抗となる一方、水面が軸心よりも著しく低いと、らせん水車１２が受ける有効な水量が減少するため十分な発電量が得られないためである。傾斜がほとんどない水路にらせん水車１２を設置する場合は、軸をフレームの底面に対して２０〜３０度程度傾斜させてもよい。
【００４２】
図２を参照して、らせん水車１２についてさらに説明する。らせん水車１２は、固定軸２０と、らせん翼３０と、中空軸３２と、発電機４０と、変速機５０とを備える。
【００４３】
固定軸２０は、回転不能にフレーム１４に固定され、中空軸３２を軸方向に貫通する。らせん翼３０は、中空軸３２の外周面に設けられる。中空軸３２は、円筒状の外径を有する。中空軸３２は、らせん翼３０に向かう水流によって回転するように、固定軸２０により回転可能に支持される。固定軸２０と中空軸３２との間には、中空軸３２の上流側端部および下流側端部のそれぞれにおいて、軸受３４，３６が設けられる。軸受３４，３６は、一例として、片側接触シール付軸受である。シールが外側になるように、軸受３４，３６が設けられる。なお、軸受の種類は片側接触シール付軸受に限定されない。シールを軸受の両側に設けてもよい。その他の種類の軸受を設けてもよい。
【００４４】
中空軸３２の上流側端部の開口は、蓋部材３７により封止される。同様に、中空軸３２の下流側端部の開口は、蓋部材３８により封止される。
【００４５】
発電機４０は、中空軸３２の内部に設けられる。発電機４０は、固定軸２０に回転可能に支持され、かつ変速機５０の出力側に連結されたロータ４２と、固定軸２０に固定されたステータ４４とを含む。発電機４０は、アウターロータ型の発電機である。発電機４０は、ロータ４２が回転することにより発電する。発電機４０により発生された電力は、導線１６を介してインバータ１８に供給される。
【００４６】
変速機５０は、中空軸３２の内部において、中空軸３２の上流側端部と発電機４０との間に設けられ、中空軸３２からの駆動力を発電機４０のロータ４２に伝達する。変速機５０の入力側は、中空軸３２に連結される。本実施の形態において、変速機５０の変速比は１よりも小さい。すなわち、変速機５０は、中空軸３２の回転速度を増速して発電機４０に伝達する。変速比は１以上であってもよい。また、変速比は変更可能であってもよい。変速比を変更可能にすれば、たとえば水量の変化に起因してらせん水車１２の回転速度が変化しても、最も効率のよい速度で発電機４０を駆動することができる。
【００４７】
本実施の形態に係る水力発電装置１０においては、発電機４０と変速機５０とが中空軸３２の内部に収められているため、水力発電装置１０の大きさを、中空軸３２の大きさと同等にできる。特に、水力発電装置１０の長さを、中空軸３２の長さと同等にできる。その結果、水力発電装置１０を小型化できる。
【００４８】
また、中空軸３２を支持する軸と、発電機４０を支持する軸とに共通の固定軸２０が用いられるため、水力発電装置１０の構成を簡素化できる。
【００４９】
図３を参照して、変速機５０についてさらに説明する。変速機５０は、第１遊星歯車５１と、第２遊星歯車５２とを含む。第１遊星歯車５１のサンギヤ５１Ｓならびに第２遊星歯車５２のサンギヤ５２Ｓは、固定軸２０に回転不能に固定される。第１遊星歯車５１のキャリア５１Ｃは、中空軸３２に連結される。第１遊星歯車５１のリングギヤ５１Ｒは、第２遊星歯車５２のキャリア５２Ｃに連結される。第２遊星歯車５２のリングギヤ５２Ｒは、発電機４０のロータ４２に連結される。
【００５０】
複数の遊星歯車を設けることにより、中空軸３２の回転速度を大きく増速または減速させることができる。なお、第２遊星歯車５２を設けずに、第１遊星歯車５１のみを設け、第１遊星歯車５１のリングギヤ５１Ｒを発電機４０のロータ４２に連結するようにしてもよい。また、３つ以上の遊星歯車を図３に示す構成と同様の態様で連結するようにしてもよい。
【００５１】
遊星歯車を用いて変速機５０を構成することにより、変速機５０の軸心と中空軸３２の軸心とを同じにできる。そのため、らせん水車１２の外径を大きくしなくても、中空軸３２の内部に変速機５０を収めることができる。したがって、水力発電装置１０を小型化できる。
【００５２】
なお、遊星歯車の代わりに、トラクションドライブを用いて変速機５０を構成してもよい。この場合、複数のトラクションドライブを繋いで変速機５０を構成してもよい。滑らかな回転を特徴とするトラクションドライブを用いることにより、回転振動を低減できる。
【００５３】
［変形例１］
図４を参照して、変形例１について説明する。変形例１は、前述の実施例と比較して、中空軸３２の上流側端部の開口を封止する蓋部材６０と、中空軸３２の下流側端部の開口を封止する蓋部材６２とが異なる。
【００５４】
本変形例１において、蓋部材６０は、中空軸３２の上流側端部の外径よりも広い範囲で中空軸３２の上流側端部を封止する。図４に示すように、蓋部材６０の内径は中空軸３２の外径と同じまたは略同じであり、蓋部材６０は中空軸３２の上流側端部を覆うように、その内周面において、中空軸３２の外周面と対向する。
【００５５】
一方、蓋部材６２は、中空軸３２の下流側端部の外径よりも狭い範囲で中空軸３２の下流側端部を封止する。図４に示すように、蓋部材６２の外径は中空軸３２の内径と同じまたは略同じであり、蓋部材６２の外周面は、中空軸３２の内周面と対向する。すなわち、中空軸３２が蓋部材６２を覆うように、蓋部材６２が中空軸３２の内側にはめ込まれる。
【００５６】
このようにすれば、水流の下流側に向かって、中空軸３２と蓋部材６０との隙間、および中空軸３２と蓋部材６２との隙間が形成される。言い換えると、水流の上流側に向かう隙間が形成されない。したがって、中空軸３２内部へ水を浸入し難くできる。
【００５７】
［変形例２］
図５を参照して、変形例２について説明する。変形例２は、前述の実施例と比較して、中空軸３２の上流側端部において、固定軸２０と中空軸３２との間にオイルシール７０が設けられた点で相違する。
【００５８】
変形例２においても蓋部材６０，６２が用いられているが、蓋部材６０，６２の代わりに、図２に示す蓋部材３７，３８を用いてもよい。
【００５９】
図５に示すように、オイルシール７０は、中空軸３２の上流側端部のみにおいて設けられる。中空軸３２の下流側端部には、オイルシール７０は設けられず、片側接触シール付軸受３６のみが設けられる。
【００６０】
この構成によれば、発電機４０および変速機５０に近い上流側端部では、摩擦抵抗が増大するものの、防水性に優れたオイルシールによって発電機４０および変速機５０付近への水の浸入を防ぐことができる。一方、発電機４０および変速機５０から遠い下流側端部では、接触シール付軸受３６によってある程度の水の浸入を防ぎつつも、防水性を低下させることによって摩擦抵抗を小さくすることができる。
【００６１】
［変形例３］
図６を参照して、フレーム１４の上流側の側面１４Ａは、中空軸３２（らせん水車１２）の軸心よりも下方の部位のみを開口させてもよい。開口の一例を図７に示す。この開口が取水口となり、らせん水車１２に向かって水が流入する。取水口から流入した水は、重力によってらせん翼３０を押してらせん水車１２を回転させつつ下流方向に移動する。この水は概ねらせん水車１２の軸心より下面に存在し続ける。
【００６２】
もし、らせん水車１２の上半分に水が存在すると、上側の水は下側の水と逆の方向にらせん翼３０を押そうとする成分が存在するため、抵抗となり水力発電装置１０の効率を減少させる。したがって、らせん水車１２の上半分に水が流入することは好ましくない。よって、水路の水量は、らせん水車１２の上半分に水が流入しないように、らせん水車１２の大きさに対してある程度小さいことが好ましい。そのため、水量が安定した専用の水路が必要であった。
【００６３】
しかしながら、フレーム１４の上流側の側面１４Ａにおいて、下半分のみを開口させることで、水量を勘案した専用の水路を設けなくても、らせん水車１２に適量の水を誘導することができる。例えば、土嚢や砂利などで作った簡易的な水路であっても、らせん水車１２に適量の水を誘導することができる。そのため、発電効率を低下させることなく水力発電装置１０を運用できる。特に、発電機４０をらせん水車１２の内部に設けた構造であれば、災害時に既存の水路に設置して非常用発電機として利用することができる。
【００６４】
らせん水車１２の最下端に達した水はフレーム１４の下流側に設けられた、排水口としての開口から流出する。上流側の開口面積より下流側の開口面積が狭いと、水が蓄積され得る。蓄積された水は、抵抗となって、水力発電装置１０の効率を低下させる恐れがあるので、下流側の側面１４Ｂの開口面積は上流側の側面１４Ａの開口面積より広い。変形例３においては、図８に示すように、下流側の側面１４Ｂは、下半分に加えて、上半分も開口されている。なお、図示しないが、開口の下側に水の流れを妨げるような構造物が存在するとごみが引っかかるので、上流側の側面１４Ａ、下流側の側面１４Ｂともに下側が完全に開口していることが望ましい。
【００６５】
上述したように、水力発電装置１０は、既存の水路に設置してもよいが、土嚢や砂利などを利用して水が水車内に入りやすくなるように水を導いてもよい。既設の水路に水力発電装置１０を設置する場合、水面をらせん水車１２に適した高さに設定することが困難である。しかしながら、変形例３の構成では所定量以上の水は流入しないので、らせん水車１２の上半分に流入した水による抵抗は発生しない。
【００６６】
なお、水量がらせん水車１２に適さない既設の水路の場合、らせん水車１２の半径方向から水車内に水が流入する可能性があるものの、水車外径部の円筒状の樋をらせん翼３０の外周に沿って設置すれば側方からの水の流入を防止することができる。
【００６７】
図９に示すように、らせん翼３０の外径側の円筒状の樋１５を、らせん翼３０と一体に構成してもよい。もし、らせん翼３０と樋が別体であると、らせん翼３０が回転するにはらせん翼３０と樋との間にすきまがなければならない。しかしながら、水の一部はこのすきまを通過し、らせん水車１２の回転に寄与しない。そのため、水力発電装置１０の効率が低下する。
【００６８】
また、水力発電装置１０を、非常時に既設水路で使用する場合、専用の水路ではないため、ごみや砂利の除去が不十分となり、ごみや砂利が水力発電装置１０内に流入し得る。らせん水車１２は他の水車形式よりもごみを許容するものの、らせん翼３０と樋のすきまとほぼ同じ大きさの異物が侵入し、すきまに異物が挟まると、らせん水車１２の回転が阻害され得る。
【００６９】
しかしながら、図９に示す構成では、らせん水車１２と樋１５を一体構造としたため、らせん翼３０と樋１５の間にすきまを設ける必要がない。そのため、らせん水車１２に向かって流入した水の位置エネルギーを無駄なく利用することができる。また、異物はらせん翼３０の形状に沿って下流へ流れるため、らせん水車１２の回転を阻害しない。
【００７０】
フレーム１４の上流側の側面１４Ａに開けられた取水口の縁には、樋１５に向けて突出する突出部１４Ｃが設けられている。突出部１４Ｃによって、取水口から流入した水が外部に漏れることが防がれる。樋１５の上流側端部は可能な限り大きく開口していることが望ましい。そのため、樋１５の上流側端部には、内径側に向かった返しのような構造を設けないことが望ましい。
【００７１】
上記のように既設水路への設置を可能にした構成は、水力発電装置１０を例えば災害用備蓄倉庫に収納しておき、災害で電力供給が不足した際に臨時に水力発電装置１０を設置するような事態に好適である。非常時用の水力発電装置１０は人力で運搬できることが望ましいが、小型であるため大出力は得られない。ここで得られる電力は最小限の照明や携帯電話など情報端末の充電に適し、あるいは１２Ｖの鉛蓄電池に充電して使用することが想定される。したがって、水力発電装置１０は１２Ｖの直流電力の出力やＵＳＢを用いた電力出力端子を備えることが望ましい。
【００７２】
［変形例４］
図１０を参照して、中空軸３２の軸方向における上流側の端面をハウジング（蓋）９０Ａによって封止し、端面とハウジング９０Ａとの間にＯリング９２を設けてもよい。図１０に示す例では、中空軸３２の端面に設けられたネジ穴９４に挿入されるボルト９６によって、中空軸３２とハウジング９０Ａとが固定される。図１０に示す例では、ネジ穴９４は、中空部材の軸方向における端部を貫通せず、Ｏリング９２よりも径方向において外側に設けられる。
【００７３】
らせん水車１２は主に板金を用いて形成されるため、直径の公差は±１ｍｍ以上である。そのため、らせん水車１２の内径面あるいは外径面をＯリングを用いて密封することは難しい。さらに、らせん水車１２の内径面あるいは外径面でＯリングを使用すると、らせん水車１２の組立の際にＯリングを軸方向に移動させる距離が長くなり得る。そのため、組立性が悪くなる。
【００７４】
しかしながら、図１０に示す例のように、中空軸３２の軸方向における端面でＯリング９２によりハウジング９０Ａの外径部からの水の浸入を防ぐ構造を採用することで、らせん水車１２の組み立て時にはＯリング９２を溝にはめ込むだけで済む。したがって、らせん水車１２の組立性を向上できる。
【００７５】
図１０に示す例では、ハウジング９０Ａと固定軸２０との間に設けられた軸受の外径部、ならびに固定軸２０の外径部などからの水の浸入は、オイルシール９８により防がれる。オイルシール９８はシールリップ側からダストリップ側への漏えいを防ぐ構造であるため、図１０に示す例では、シールリップがダストリップよりも外側になるようにオイルシール９８が配置される。図１０に示す例のように、オイルシール９８を２重に使用し、オイルシール間にグリースを封入することで、封止効果が高まる。さらにグリースによりリップ部の潤滑性も向上する。そのため、らせん水車１２のトルク低減にも効果がある．
らせん水車１２の端部の板厚が薄い場合、ネジ穴９４が貫通することもあり得る。この場合、図１１に示すように、ボルト９６の座面にシールワッシャ１００を挟みこみ、ネジ穴９４から中空軸３２の内部への水の浸入を防止するようにしてもよい。図１１に示す例では、ネジ穴９４は、Ｏリング９２よりも径方向において内側に設けられる。仮に、ネジ穴９４がＯリング９２よりも外径側にあると、ハウジング９０Ｂと中空軸３２との合わせ面の外径側から水が浸入し得るものの、ネジ穴９４をＯリング９２よりも内径側に設けることで、水の浸入をＯリング９２で防止することができる。
【００７６】
図１２に示すように、中空軸３２の軸方向における上流側の端部において、中空軸３２を回転可能に支持するようにハウジング９０Ｃを構成してもよい。この場合、中空軸３２の内部に固定軸２０が設けられる。ハウジング９０Ｃがフレーム１４に固定される。
【００７７】
図１２に示す例では、中空軸３２の端部に短い軸１０２が形成される。軸１０２をハウジング９０Ｃが支持することで、らせん水車１２がハウジング９０Ｃによって支持される。この構成では、らせん水車１２の上流部分において開口部を無くすことができる。そのため、中空軸３２内の水の浸入を好適に防止することができる。図１２に示す例では、中空軸３２とハウジング９０Ｃとの間に設けられるオイルシール９８の数は１つであってもよい。
【００７８】
一方、中空軸３２の軸方向における下流側の端部は上流側の端部に比べて水が浸入し難いため、下流側の端部は上流側の端部に比べて簡素な構成であってもよい。図１３に示すように、下流側の軸方向における端部はフランジを有する構造として大きく開口させてもよい。図１３に示す例では、フランジにおいて中空軸３２とハウジング９０Ｄとを固定するとともに、Ｏリング９２によって防水性が与えられる。軸受部に設けられるオイルシールの数は１つであってもよい。
【００７９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１０  水力発電装置、１２  らせん水車、１４  フレーム、１４Ａ  上流側側面、１４Ｂ  下流側側面、１４Ｃ  突出部、１５  樋、１６  導線、１８  インバータ、２０  固定軸、３０  らせん翼、３２  中空軸、３４，３６  軸受、３７，３８，６０，６２  蓋部材、４０  発電機、４２  ロータ、４４  ステータ、５０  変速機、５１，５２  遊星歯車、５１Ｃ，５２Ｃ  キャリア、５１Ｓ，５２Ｓ  サンギヤ、５１Ｒ，５２Ｒ  リングギヤ、７０，９８  オイルシール、９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄ  ハウジング、９２  Ｏリング、９４  ネジ穴、９６  ボルト、１００  シールワッシャ、１０２  軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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